基于培养解决CEP能力的“食品工厂课程设计”教学改革

［摘 要］ 复杂工程问题（complex engineering problems，CEP）是工程教育专业认证中的核心指标。“食品工厂课程设计”是食品专业中重点突出CEP特征的综合性实践教学课程。项目在工程教育认证背景下围绕CEP的技术因素进行了重点拆分，以OBE教育理念“反向设计—正向实施—持续改进”为核心，从扩展内外工程实践资源、优化教学内容、完善考核评估等方面探索了课程教学改革，以期提升学生解决CEP的能力和培养工程伦理教育水平，以提高对毕业要求达成的支撑。

［关键词］ 复杂工程问题；工程教育专业认证；食品工厂课程设计；教学改革

［基金项目］ 2019年度浙江工业大学课堂教学改革项目“食品工厂CAD辅助设计”（PX-77192583）；2021年度浙江工业大学一流课程培育课程项目“食品工厂设计”（PX-99214158）

［作者简介］ 步婷婷（1992—），女，北京人，博士，浙江工业大学食品科学与工程学院讲师，主要从事食品功能因子高效制备及营养特性研究；杨 开（1978—），男，浙江宁波人，博士，浙江工业大学食品科学与工程学院教授（通信作者），主要从事食品科学和农产品加工研究。

［中图分类号］ G642.1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）06-0062-04 ［收稿日期］ 2022-11-01

食品工业是我国制造业中的核心支柱产业之一。随着现代食品工业科技的迅速发展，出现了大量难以采用单一、传统工程方法解决的复杂工程问题（complex engineering problems，CEP），其要素庞杂，且相互之间易产生冲突和非线性作用，对食品工程教育提出了新的要求和挑战［1］。我国于2016年成为国际工程师互认体系第18个正式会员，并签署其中的《华盛顿协议》，进而快速推进本科专业工程教育认证［2］。CEP是工程教育认证标准的核心和重要的考察点之一［3］。截至目前，据中国工程教育专业认证协会网站信息统计，全国累计有59所大学的食品科学与工程及食品质量与安全两个专业已通过此项认证，其中笔者所在的食品科学与工程专业于2017年首次通过工程教育专业认证。

“食品工厂课程设计”是“食品工厂设计”的后续实践训练课程，两门课程均是食品工程专业认证中的主干必修课程［4］，并且是除“毕业论文（设计）”外仅有的符合CEP七个模块属性的实践类课程，可以全面培养食品科学与工程专业学生解决CEP的能力［5］。课程组重点针对原课程学生学习积极主动性不高、解决CEP能力弱、指导教师工程实践能力不足、过程指导监督不到位、考核方式不合理等问题，基于OBE理念开展实施了“食品工厂课程设计”教学改革，取得了良好的效果。鉴于目前对食品专业课程培养CEP能力的教学改革研究类论文较少，本文可为食品专业工程认证中的核心能力问题提供思路及参考。

一、“食品工厂课程设计”中的CEP属性

CEP中的技术因素强调解决问题所需的专业知识及分析问题、实践操作及创新思维等［6］。“食品工厂课程设计”不仅需要“工程制图”“食品工程原理”“食品工艺学”“食品机械与装备”“食品卫生学”等食品专业课程的理论基础，还需要结合土建、给排水、暖通、环保、工程伦理和经济概算等其他学科，是一门综合性非常强的工程实践训练必修课程［7］。“食品工厂课程设计”具备CEP技术因素的特征要素，主要相关特征归纳如下。

1.需要运用深入的工程原理，经过分析才能得到解决。食品工厂工艺设计是工厂设计的主体和中心，对全厂生产和技术的合理性至关重要，也是决定建厂费用、产品质量、劳动强度的重要制约条件。在进行水、电、气、冷及管路等工艺设计的过程中，需要运用工程原理知识加以分析和计算，才可获得优化工艺。

2.涉及多方面技术和其他因素，且相互之间有一定冲突。在食品工厂设计中，生产工艺多样、环节多、流程长、综合性高，针对不同类型食品工厂进行设计时，需要结合实际情况制订解决方案，比如在工厂选址时，需要考虑原料和物流成本，投资建设和生产成本，水、电、气和劳动力供给，环保，政策等综合因素等，且相互间存在一定冲突。

3.受到多因素约束，各方利益不完全一致。食品工厂在厂址区域选择、生产车间卫生消毒、三废和噪声处理与经济效益评价等设计内容时，受到法规、环保、工程伦理、技术经济等因素的约束，需要通盘分析考虑，权衡利弊，实现符合法规、技术可行、经济合理的总体目标。

4.需要发挥创新思维，灵活解决问题。在食品工厂设计过程中，涉及工艺和非工艺设计，并非所有因素都包含在专业工程实践的标准和规范中，例如非标准设备的设计，通常面临非唯一解决方案的难题，需要根据产品特点、生产工艺、年产量和现有生产制造技术等实际因素，发挥自主学习的积极性，提高文献资料的查阅归纳能力，建立合适的数学或工程模型，创造性地制订合理的解决方案，灵活应对实际难题。

二、原有的“食品工厂课程设计”课程存在的问题

1.学生主动性和积极性不高。课程设计一般设置为考查课，但是食品工厂设计的内容多、知识面广，涉及许多工程运算和设备能力计算，少数数学能力较弱的学生存在怕吃苦、嫌麻烦的思想。同时，本课程安排在大三结束后的短学期，大部分学生面临考研，承受着备考复习和课程设计的双重压力，学生对待本课程的认真程度不够，上课的主动性和积极性有待加强，对课程设计的时间和精力投入有限。

2.学生解决复杂工程能力较弱。在“食品工厂课程设计”课程之前，学生已进行了“食品工厂设计”理论课程、“食品工艺学”“食工原理”“食品机械与设备”等相关课程及其实验课程的学习，也通过认知实习对食品工厂有了初步了解。但相关实验课程并非中试生产工艺。多数学生只会从理论角度生搬硬套课本和文献中的公式进行设计计算，缺乏分析和解决CEP的能力。

3.过程指导及监督有待加强。课程教改前的“散养式”课程设计教学方法由教师布置设计主题、任务和要求，由于课程教师组成员少（2人）而学生数量多（75人左右），且整个设计内容广、工作量大，不利于指导教师及时发现设计过程中存在的问题。在课堂设计过程中，有些学生存在出工不出力、磨洋工等现象，而指导教师人手和精力有限，难以实现高质量监管。

4.成绩考核方式不够合理。教改前，课程的考评方式为教师通过检查设计说明书和图纸的设计完整度、格式规范性、设计方案和路线可行性，公式运用和数据结论的合理性评定学生成绩。这种考评方式易造成学生重设计结果、轻设计过程，易造成从书籍文献中抄袭的现象，无法真实反映学生对CEP的分析和解决能力。

三、教学改革探索

针对上述问题，课程组教师进行了以下教学改革探索。

1.基于OBE理念，实施教学改革。基于OBE理念，实施了“反向设计—正向实施—持续改进”的课程教学改革［8］。（1）反向设计：围绕毕业要求，修订课程教学大纲，根据课程设计支撑的考核指标点，改革课程目标，使其包含《工程教育认证标准》新版中培养解决CEP能力的相关内容，制定课程质量标准、课程设计任务书和指导书。在教学计划及食品工厂设计题目方面也需要考虑是否符合培养解决CEP能力的要求。（2）正向实施：完成毕业要求和课程目标，指导教师和学生严格根据课程设计大纲、任务书和指导书认真开展教学活动，并保留所有教学活动相关文档，实现资料可查、可证。（3）持续改进：为不断提升教学质量水平，“食品工厂课程设计”课程还进行了常规督导监控意见、培养目标达成度评价、内外部评价反馈意见、教学资源和保障条件等方面的持续改进。课程改革方式及途径见图1。

2.挖掘内外资源，加强师资力量。在内部，为增强学生的复杂工程设备设计能力，在生产实习和本课程之间增设了“食品工程与设备综合设计”课程；并将本设计课程设置在生产实习之后，有利于学生结合工厂工程实践经历进行设计。利用学院的中试设备，为学生现场讲解生产工艺流程；同时建立指导教师和学生的微信群，进行实时的一对一课后沟通指导，对学生在复杂工程设计过程中遇到的瓶颈问题答疑解惑。

在外部，结合企业生产实习，企业高工可作为学生的指导教师，针对总平面设计、车间设计、工艺布置、设备选择、管道布置等内容，采用现场教学法深入讲解，并通过现场问答的方式提升学生对CEP的思考能力。积极引进具有工程背景的青年教师作为助教，青年教师同时开展为期6个月的工程实践，掌握企业产品研发及生产中的工艺流程、设备及操作条件，并进行后续答辩及考核，以加强师资工程能力。

3.丰富教学内容，促进学习兴趣。建立线上线下相结合的教学模式，线上部分引入了更多素材及案例，为后续的课程设计打下了良好的基础。在授课过程中加强案例教学，尤其是引入课程指导教师主持的食品工程及工厂设计项目，采用问题驱动，进行相应的案例讲授，以学生分小组收集资料讨论汇报等方式，在课堂设计教学中引入虚拟仿真软件和微助教等课堂互动软件，改变学生对传统“食品工厂课程设计”课程枯燥烦琐的认知，逐步培养学生主动分析和解决CEP的能力。同时，培养学生的系统观，以系统的宏观视角分析和解决问题，最终实现CEP的系统化、科学化求解。另外，结合食品工厂设计相关内容，引导学生积极参加创新创业、建模设计等赛事，促进学习兴趣及积极性。

4.设置半开放课题，完善考核评估。在布置课程设计作业时，对设计的基本要求和格式做了规定，设计说明书需8 000字以上，需要用AutoCAD绘制工厂总平面图、工艺流程图、车间布置平面和立面图、重点设备的三视图等。而在布置题目时，采用半开放式选题，指导教师经过讨论确定符合CEP的题目，学生结合生产实习和毕业论文进行选择；同时，经课程组教师审核后，学生可根据兴趣自设题目。在课程设计中，加强了过程指导和监督，如日常考勤、课堂提问、随堂作业、初步设计、设计答辩、考评记录、问题反馈等环节，完善达成度评价体系。优化考核比例结构，除考勤外，各部分中设置解决CEP的能力合计不低于20%（14分以上为达成），如表1所示。

四、教学改革效果

“食品工厂课程设计”课程经过两年多时间的改革与探索，充分调动了学生的积极性和主动性，课堂表现更加活跃，有效提升了学生解决CEP的能力，达到了教学改革的总体预期目标。

2017级和2018级本科生完成“食品工厂课程设计”课程学习后，针对课程的教学内容、方式及效果等进行内部反馈评价，统计学生的满意率分别为93.2%和96.5%，而2016级（改革前）为85.3%，教学效果明显有所改善。从学生提交的课程设计作业及考核评分结果来看，学生在设计环节中普遍形成了多方案分析、比较和评价的设计思维，并能结合工程实践进行工程原理综合运用，显著提高了非技术和技术因素存在冲突时，CEP的分析及解决能力，2016—2018级学生解决CEP的能力分值分别为14.5、16.8和17.7。2021和2022年，我院本科生参加“欧倍尔杯”“全国食品专业工程实践训练综合能力竞赛”及浙江省国际“互联网+”大学生创新创业大赛，并取得优异成绩。

结语

工程教育专业认证是国际公认的本科工程教育互认体系，培养学生解决CEP的能力是工程教育认证的核心问题。“食品工厂课程设计”设置有食品专业知识向工程能力转化的重要实践环节，适应食品产业发展对相关人才的需求。本项目针对“食品工厂课程设计”课程存在的问题，基于OBE理念实施“反向设计—正向实施—持续改进”教学改革探索，通过挖掘内外资源、丰富教学内容、设置半开放课题、完善考核评估等手段培养学生解决CEP的能力，教学结果显示该教学改革有效调动了学生的积极性和主动性，解决CEP的能力获得提升，达到了教学改革的总体预期目标。后续本课程将持续改进，为食品相关专业工程实践课程教学改革提供理论和实践参考。